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人与疾病的演化之战

2020年02月25日作者:陈梦溪来源:北京晚报

  《我们为什么会生病》

  【美】伦道夫·M.尼斯

  乔治·C.威廉斯

  湖南科学技术出版社

  人类的生理结构值得惊叹。一台人工肾脏的大小即便像冰箱那么大,能完成的功能也只有人肾脏的几分之一;目前最精细的人工心脏瓣膜,也只能够使用几年时间,每次打开关闭都会挤碎一些红细胞,而天然的心脏瓣膜却能在一生的时间里开合25亿次。

  但也有很多看似难以解释的设计,像是进化过程中的疏忽,食管与气管会在咽喉交叉,我们每次吞咽的时候要暂停呼吸,不然就会被呛到,这是个随时随地可能炸雷的安全隐患。我们总有一些人是天生的近视,这种近视基因为什么没有在进化过程中被淘汰掉?我们需要心脏把血液输送到全身,但是胆固醇却会在动脉壁上沉积,形成动脉粥样硬化,导致心肌梗死和中风。为什么我们自身的免疫系统会攻击自己的组织,引发甲状腺功能亢进、糖尿病、红斑狼疮、关节炎等自身免疫疾病?为什么在妊娠初期胎儿需要营养的时候,孕妇却会因为恶心吃不下东西,还会把吃下去的东西吐出来?

  《我们为什么会生病》一书的作者从这些未解之谜出发,从医学角度回答这个问题是回答疾病“是什么”和“怎么发生的”,而从演化生物学角度分析是回答“为什么”。我们为什么会生病?因为身体是一个精心安排的妥协方案。

  人类的某些基因和特点尽管会引发疾病,却在自然选择中保留下来,因为它们也会给我们带来某些好处,至少在曾经很长一段时间内带来过好处。比如咳嗽尽管痛苦,但它并不是一种病,而是身体为了从呼吸道排出异物而专门设计的一种复杂反应,是一种防御机制——我们用胸肌、膈肌和声带配合将异物和黏液从气管往上推,到达咽喉后部,或者吐出来,或者吞到胃里,让胃酸去杀死其中的细菌。

  发烧的时候,我们有时会吃扑热息痛(对乙酰氨基酚)减轻发热症状,但这样做是明智的吗?《我们为什么会生病》一书的作者看来,发热是一种宿主针对感染的防御机制,一种进化出的体温调节机制,这一机制在整个动物界中已经存在了数亿年。冷血的蜥蜴受到感染也会发热,它们会选择一个暖和的地方让自己体温升高两摄氏度左右;幼年的兔子不能自己发热,患病后会找个温暖的地方升高体温;成年的兔子可以发热,但它们的发热一旦被退热药阻断,多半会死去。

  说到人体的防御机制,与发热相比,更鲜为人知的是“限铁机制”。一位慢性结核病病人同时患有缺铁性贫血,医生在为他补铁后,他的感染却迅速恶化了。与配方奶粉相比,母乳喂养的婴儿更少受到感染,这是因为母乳中含有20%的乳铁蛋白,这是一种可以结合铁的分子,但牛奶中只有2%。乳铁蛋白在眼泪、唾液,特别是伤口中含量很多。研究人员想到,应该这就是“限铁机制”——对细菌来说,铁是一种必需且稀缺的营养元素,我们的身体演化出各种“限铁机制”,让细菌得不到铁。体内发生感染时,身体会释放出白细胞内源性介质,既可以升高体温,又可以减少血液中可能被细菌利用的铁元素。生病时我们的胃口也会发生变化,变得不那么喜欢吃火腿和鸡蛋,或许这也是一种让身体得不到铁的策略。

  作者将数万年间人体进化出来的免疫防御机制比喻成一个“精确制导的化学武器系统”。它的精密高效简直就是奇迹,比如巨噬细胞时刻在体内巡逻,搜索一切抗原,比如细菌、病毒、灰尘或癌细胞,一旦发现入侵者,就像哨兵一样将其押送给辅助性T细胞,再转移给B细胞,刺激B细胞制造抗体。抗体与抗原结合后不但会挫伤细菌,还会让其带上特殊的标志,便于体内更多的免疫细胞识别。如果感染比较严重,就会刺激B细胞产生更多的抗体,产生大规模的攻击。

  然而不管是细菌还是病毒,在漫长的与人类共生共存的经验中,已经有了相当可怕的攻防策略,它们也演化出各种方式躲过人类免疫系统的识别和攻击。人类适应了自然环境,人体内的病原体也在适应着它们的环境,在演化的过程中,它们找到了保护自己并发展壮大的方式,其中一种便是逃避免疫系统的监视。引起非洲昏睡病的锥形虫进入体内后,我们的免疫系统需要大约十天时间才能制造出足够的抗体,但约在第九天的时候,锥形虫就会“变装”,露出一种全新的表层蛋白,逃脱抗体的攻击。锥形虫的基因有上千种不同的“外衣”可供换装,所以它们总能跑赢免疫系统,在人体内生存很多年。当今最常见的传染病病原体之一衣原体,逃避免疫系统的方法就是最大胆的“躲进警察局”,它们坚信最危险的地方就是最安全的,便会像间谍潜入敌后一样潜入白细胞里,筑起壁垒保护自己。引起严重肝病的寄生虫曼氏吸血虫更大摇大摆地穿上了制服冒充人体内的血细胞,从而逃过免疫系统的追踪。

  有时病原体会直接攻击我们的防御系统,引发炎症反应,感染严重时会血压下降,引发休克,甚至死亡。我们的免疫系统发现了可疑线索,于是做出了强烈反应,有时这种反应太强了,反而伤到自己,这种反应过度被作者称为防御武器的“倒戈”。

  病原体还会进化出传播机制,甚至操纵宿主的机体,让其为病原体服务。狂犬病毒会沿着神经纤维抵达大脑,在控制攻击性的区域聚拢,使得宿主更富攻击性,咬别的动物或人,从而传播到新的宿主。还使病人的吞咽肌肉麻痹,从而令含有病毒的唾液留在口中,增加传播的机会。之前提到的咳嗽,既是人的自我保护机制,也是病原体的传播机制,虽让自己减轻了危险,却增加了病原体入侵新的宿主的机会。作者从演化的角度看,认为这就是一场典型的健康博弈,也是一场病原体与宿主之间的“军备竞赛”,在这场你死我亡的战争中,人类和病原体都要演化地足够快,才能够战胜对手。


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编辑:姚超